Δύο μόλις μήνες μετά τον άδικο θάνατο του Πατριάρχη Φλαβιανού, ανέβηκε στον θρόνο της Κωνσταντινούπολης ένας διάκονος από την Αλεξάνδρεια. Ο αιρετικός Διόσκορος τον στήριξε με την ελπίδα να τον κάνει υποχείριο, αλλά γρήγορα διαψεύστηκε με τρόπο που άλλαξε την ιστορία. Ο Άγιος Ανατόλιος γεννήθηκε στην Αλεξάνδρεια, στο δεύτερο μισό του τέταρτου αιώνα μετά Χριστόν, σε μια εποχή όπου πολλοί Βυζαντινοί ευγενείς προσέφεραν την ελληνική σοφία στην υπηρεσία της Εκκλησίας.

Αφού σπούδασε φιλοσοφία, χειροτονήθηκε διάκονος από τον αρχιεπίσκοπο Αλεξανδρείας Άγιο Κύριλλο, του οποίου υπήρξε στενός συνεργάτης και πιστός μαθητής. Παραβρέθηκε στην Τρίτη Οικουμενική Σύνοδο της Εφέσου, όπου οι άγιοι Πατέρες καταδίκασαν την κακοδοξία του Νεστορίου για το πρόσωπο του Χριστού. Μετά την κοίμηση του Αγίου Κυρίλλου, ο θρόνος της Αλεξάνδρειας πέρασε στον Διόσκορο, ο οποίος αγκάλιασε ανοιχτά την αίρεση που δίδασκε ο Ευτυχής.

Σύμφωνα με αυτήν, η θεία φύση του Χριστού είχε καταπιεί ολοκληρωτικά την ανθρώπινη φύση Του. Η διδασκαλία αυτή υπονόμευε στη ρίζα της την αλήθεια για τη σωτηρία και την απολύτρωση του ανθρώπινου γένους. Το τετρακόσια σαράντα εννέα μετά Χριστόν, ο Διόσκορος και οι οπαδοί του συγκάλεσαν στην Έφεσο μια αιρετική σύνοδο, που έμεινε γνωστή ως ληστρική.

Είχαν εξασφαλίσει και τη στήριξη του αυτοκράτορα, ώστε να επιβάλουν με βία τη θέλησή τους στην Εκκλησία. Ο μεγάλος υπερασπιστής της Ορθοδοξίας, ο Άγιος Φλαβιανός, Πατριάρχης Κωνσταντινούπολης, καθαιρέθηκε άδικα και βρήκε μαρτυρικό τέλος στην εξορία. Στις έντεκα Αυγούστου του ίδιου έτους, ο Ανατόλιος ανέβηκε στον θρόνο της Βασιλεύουσας.

Με ζήλο και θάρρος έβαλε αμέσως ως πρώτο έργο την αποκατάσταση της καθαρής πίστης μέσα στο σώμα της Εκκλησίας. Το επόμενο έτος, σε τοπική σύνοδο της Κωνσταντινούπολης, καταδίκασε δημόσια την αίρεση του Ευτυχούς και του Διοσκόρου. Ο ομολογητής Φλαβιανός, που είχε κοιμηθεί στην εξορία, αριθμήθηκε ανάμεσα στους αγίους της Εκκλησίας.

Τα ιερά του λείψανα μεταφέρθηκαν επίσημα στην πρωτεύουσα, και το όνομά του εντάχθηκε ξανά στα δίπτυχα. Έτσι αποκαταστάθηκε η μνήμη του δίκαιου ποιμένα και η Εκκλησία τίμησε τον αγώνα του. Ο νέος Πατριάρχης φάνηκε πιστός υπέρμαχος της αλήθειας, αντάξιος της μεγάλης παράδοσης που είχε παραλάβει.

Το επόμενο έτος, με την ενεργό συμμετοχή του Πατριάρχη Ανατολίου, συγκλήθηκε στη Χαλκηδόνα η Τέταρτη Οικουμενική Σύνοδος της Εκκλησίας. Οι Πατέρες της Συνόδου διατύπωσαν με ακρίβεια το δόγμα για το πρόσωπο του Κυρίου Ιησού Χριστού, που είναι τέλειος Θεός και τέλειος άνθρωπος. Ομολόγησαν ότι ο Χριστός γνωρίζεται σε δύο φύσεις ασυγχύτως, ατρέπτως, αδιαιρέτως και αχωρίστως, χωρίς καμία σύγχυση ή αλλοίωση.

Στη σύνοδο καθαιρέθηκε ο αιρετικός Διόσκορος και αποκαταστάθηκε πλήρως η τιμή του Αγίου Φλαβιανού μέσα στην Εκκλησία. Ανάμεσα στους ιερούς κανόνες που θεσπίστηκαν, ο εικοστός όγδοος όριζε ότι ο θρόνος της Κωνσταντινούπολης είναι ισότιμος με τον θρόνο της πρεσβυτέρας Ρώμης. Στη δικαιοδοσία του Πατριαρχείου Κωνσταντινούπολης υπάχθηκαν οι Εκκλησίες της Μικράς Ασίας, της Ελλάδας και της περιοχής του Ευξείνου Πόντου.

Στην ίδια δικαιοδοσία θα ανήκαν επίσης όλες οι νέες Εκκλησίες που θα ιδρύονταν στις περιοχές αυτές στο μέλλον. Επί της πατριαρχείας του Ανατολίου, μεταφέρθηκαν με μεγάλη ευλάβεια στην Κωνσταντινούπολη και τα λείψανα των Σαράντα Μαρτύρων που άθλησαν στη Σεβάστεια. Στα ίδια χρόνια, η ευσεβής βασίλισσα Πουλχερία ανέγειρε στην πρωτεύουσα τρεις περίφημους ναούς αφιερωμένους στην Υπεραγία Θεοτόκο.

Πρόκειται για τους ναούς της Παναγίας των Χαλκοπρατείων, των Βλαχερνών και της Οδηγήτριας, που έγιναν σύμβολα της βυζαντινής ευλάβειας. Ο Άγιος Ανατόλιος δεν περιορίστηκε όμως μόνο στους αγώνες κατά των αιρέσεων και στην οργάνωση της Εκκλησίας. Πρόσφερε επίσης μεγάλο πλούτο στον λειτουργικό θησαυρό της Ορθοδοξίας με τα ιερά του ποιήματα.

Συνέθεσε ύμνους για τις Κυριακές, καθώς και για ορισμένες δεσποτικές εορτές όπως η Γέννηση και τα Θεοφάνια του Χριστού. Έγραψε επίσης ύμνους για μεγάλους μάρτυρες, όπως ο Άγιος Παντελεήμων ο ιαματικός, ο Άγιος Γεώργιος ο τροπαιοφόρος και ο Άγιος Δημήτριος ο Θεσσαλονικέας. Τα τροπάρια αυτά αναφέρονται στα λειτουργικά βιβλία απλά ως ανατολικά στιχηρά και ψάλλονται μέχρι σήμερα.